(57)【要約】【課題】フリー磁性層または固定磁性層の構成を工夫することにより磁気検出素子における高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図ることのできる磁気検出素子及びその製造方法を提供する【解決手段】第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部において、元素Ｚの原子％を非磁性材料層１５に近い領域で小さくする。これにより、前記固定磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。同時に、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部の非磁性材料層１５から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層は、組成式が、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなる層を有し、
前記フリー磁性層には、前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少する領域が存在していることを特徴とする磁気検出素子、
ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項２】
前記フリー磁性層の膜厚内で、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の界面と平行な方向に仮想境界を設定したとき、前記仮想境界から前記界面までを第１の領域とし、前記仮想境界から前記界面と反対側の面までの領域を第２の領域としたときに、前記仮想境界を挟む領域で、前記第２の領域から第１の領域に向けて、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する請求項１に記載の磁気検出素子。
【請求項３】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、組成式が、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなる層を有し、
前記固定磁性層には、前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少する領域が存在していることを特徴とする磁気検出素子、
ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項４】
前記固定磁性層の膜厚内で、前記固定磁性層と前記非磁性材料層の界面と平行な方向に仮想境界を設定したとき、前記仮想境界から前記界面までを第１の領域とし、前記仮想境界から前記界面と反対側の面までの領域を第２の領域としたときに、前記仮想境界を挟む領域で、前記第２の領域から第１の領域に向けて、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％は２４原子％より大きく２６原子％以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％は１９原子％以上２４原子％以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％は２２原子％以下である請求項６記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％の差が３原子％以上である請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記金属化合物は、組成式が（Ｃｏ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成される請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子、
ただし、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項１０】
前記金属化合物は、組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成される請求項９記載の磁気検出素子、
ただし前記ＺはＳｉ又はＧｅである。
【請求項１１】
前記金属化合物は、組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成されている請求項１０記載の磁気検出素子。
【請求項１２】
前記非磁性材料層の膜厚が１８Å以上５０Å以下である請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１３】
反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性材料層を介して形成された前記フリー磁性層とを有する請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１４】
前記フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の前記非磁性材料層の下に位置する前記固定磁性層を有する請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１５】
一方の前記固定磁性層の上および他方の前記固定磁性層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの前記固定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層を有する請求項１４に記載の磁気検出素子。
【請求項１６】
前記固定磁性層、非磁性材料層、及びフリー磁性層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流される請求項１ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１７】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記フリー磁性層を、前記非磁性材料層と接する第１のフリー磁性層、及び前記第１のフリー磁性層に重ねられる第２のフリー磁性層の積層体として形成し、
前記第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層を（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成し、
前記第１のフリー磁性層を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％を、前記第２のフリー磁性層を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項１８】
前記第２のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２４原子％より大きく２６原子％以下にする請求項１７記載の磁気検出素子。
【請求項１９】
前記第１のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にする請求項１７または１８に記載の磁気検出素子。
【請求項２０】
前記第１のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２２原子％以下にする請求項１９記載の磁気検出素子。
【請求項２１】
前記第２のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記第１のフリー磁性層の金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にする請求項１７ないし２０のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項２２】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層を、前記非磁性材料層と接する第１の固定磁性層、及び前記第１の固定磁性層に重ねられる第２の固定磁性層の積層体として形成し、
前記第１の固定磁性層及び第２の固定磁性層を（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成し、
前記第１の固定磁性層を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％を、前記第２の固定磁性層を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項２３】
前記第２の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２４原子％より大きく２６原子％以下にする請求項２２記載の磁気検出素子。
【請求項２４】
前記第１の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にする請求項２２または２３記載の磁気検出素子。
【請求項２５】
前記第１の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２２原子％以下にする請求項２４記載の磁気検出素子。
【請求項２６】
前記第２の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記第１の固定磁性層の金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にする請求項２２ないし２５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項２７】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記フリー磁性層を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、
このとき前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するように前記フリー磁性層を成膜することを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
なお、前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項２８】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、
このとき前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するように前記固定磁性層を成膜することを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
なお、前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項２９】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２４原子％より大きく２６原子％以下にする請求項２７または２８記載の磁気検出素子。
【請求項３０】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にする請求項２７ないし２９のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項３１】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２２原子％以下にする請求項３０記載の磁気検出素子。
【請求項３２】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にする請求項２７ないし３１のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項３３】
前記金属化合物は、組成式が（Ｃｏ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成される請求項１７ないし３２のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法、
ただし、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素である。
【請求項３４】
前記金属化合物は、組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成される請求項３３記載の磁気検出素子の製造方法、
ただし前記ＺはＳｉ又はＧｅである。
【請求項３５】
前記金属化合物は、組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成されている請求項３４記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項３６】
前記非磁性材料層の膜厚が１８Å以上５０Å以下である請求項１７ないし３５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子に係り、特に、再生出力を安定化することのできる磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０００３】
図９に示す符号１はＴａからなる下地層であり、下地層１の上にＮｉＦｅＣｒなどからなるシード層２が形成されている。
【０００４】
シード層２の上には、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、保護層７が順次積層された多層膜Ｔが形成されている。
【０００５】
フリー磁性層６、固定磁性層４はＣｏ２ＭｎＧｅなどのホイスラー合金、非磁性材料層５はＣｕ、反強磁性層３はＰｔＭｎ、保護層７はＴａによって形成されている。
【０００６】
反強磁性層３と固定磁性層４との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層４の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０００７】
フリー磁性層６の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなるハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８の上下及び端部は絶縁層９によって絶縁されている。ハードバイアス層８からの縦バイアス磁界によりフリー磁性層６の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。多層膜Ｔの上下には電極層１０，１０が形成されている。
【０００８】
図９に示される磁気検出素子に、外部磁界が印加されると、フリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して相対的に変動して、多層膜の抵抗値が変化する。一定の電流値のセンス電流が流れている場合には、この抵抗値の変化を電圧変化として検出することにより、外部磁界を検知する。
【０００９】
ホイスラー合金からなる固定磁性層を有する磁気検出素子は、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３０９３０５号公報（第８頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１０は、図１０に示す磁気検出素子の構造を拡大した部分模式図である。固定磁性層４の表面を完全に平坦化面にすることは難しく、通常表面に微少なうねりが発生する。固定磁性層４の表面にうねりが発生すると、非磁性材料層５及びフリー磁性層６の表面にも類似のうねりが発生してしまう。
【００１１】
このようなうねりが発生すると、図１０（図９に示す固定磁性層４、非磁性材料層５、およびフリー磁性層６をＹ方向に切断した断面を示す模式図）に示すように、固定磁性層４表面のうねり部分に磁極が生じ、前記磁極は、非磁性材料層５を介して対向するフリー磁性層６のうねり部分にも生じ、これによって固定磁性層４とフリー磁性層６間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎが強まる。従って本来、図示Ｘ方向に磁化されなければならないフリー磁性層６に図示Ｙ方向に磁化させようとする作用が加わり、方向が１８０度異なる外部磁界を印加したときの、再生波形の非対称性（アシンメトリー）が大きくなるといった問題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、フリー磁性層または固定磁性層の構成を工夫することにより磁気検出素子における高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図ることのできる磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層は、組成式が、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなる層を有し、
前記フリー磁性層には、前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少する領域が存在していることを特徴とするものである。ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【００１４】
本発明では、前記フリー磁性層を構成する前記金属化合物の構成元素のうち、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上である元素Ｚの原子％を、前記非磁性材料層に近い領域で小さくすることにより、前記フリー磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【００１５】
そして、前記フリー磁性層の前記非磁性材料層から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【００１６】
このように本発明の磁気検出素子は、高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図ることができるものである。
【００１７】
なお、前記金属化合物の組成式（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂにおいて、括弧内の数字は元素Ｘと元素Ｙの比率を表す。つまり、元素Ｘは元素Ｙの２倍の数含まれる。以下、組成式における括弧内の１以下の数字は括弧内の元素の比率を表している。
【００１８】
本発明では、前記フリー磁性層の膜厚内で、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の界面と平行な方向に仮想境界を設定したとき、前記仮想境界から前記界面までを第１の領域とし、前記仮想境界から前記界面と反対側の面までの領域を第２の領域としたときに、前記仮想境界を挟む領域で、前記第２の領域から第１の領域に向けて、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少することが好ましい。
【００１９】
前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が前記仮想境界を挟む領域で連続的に減少するかあるいは不連続に減少するかは、後述するように磁気検出素子の製造方法に依存する。
【００２０】
或いは、本発明は磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、組成式が、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなる層を有し、
前記固定磁性層には、前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少する領域が存在していることを特徴とするものである。ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【００２１】
本発明では、前記固定磁性層を構成する前記金属化合物の構成元素のうち、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上である元素Ｚの原子％を、前記非磁性材料層に近い領域で小さくすることにより、前記フリー磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【００２２】
そして、前記固定磁性層の前記非磁性材料層から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【００２３】
このように本発明の磁気検出素子は、高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図ることができるものである。
【００２４】
また、前記固定磁性層の膜厚内で、前記固定磁性層と前記非磁性材料層の界面と平行な方向に仮想境界を設定したとき、前記仮想境界から前記界面までを第１の領域とし、前記仮想境界から前記界面と反対側の面までの領域を第２の領域としたときに、前記仮想境界を挟む領域で、前記第２の領域から第１の領域に向けて、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少することが好ましい。
【００２５】
前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が前記仮想境界を挟む領域で連続的に減少するかあるいは不連続に減少するかは、後述するように磁気検出素子の製造方法に依存する。
【００２６】
前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％は２４原子％より大きく２６原子％以下であることが好ましい。
【００２７】
前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が２４原子％より大きく２６原子％以下であると、前記金属化合物がＬ２１型の結晶構造を取りやすくなり、前記フリー磁性層や前記固定磁性層のスピン依存性バルク散乱係数βが高くなる。すなわち、前記フリー磁性層や前記固定磁性層を流れる伝導電子のスピン依存性が高くなり、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くすることができる。
【００２８】
また、前記フリー磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくするために、前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％は１９原子％以上２４原子％以下であることが好ましい。
【００２９】
前記前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％のより好ましい範囲は２２原子％以下である。
【００３０】
さらに、磁気検出素子の高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図るために、前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。
【００３１】
また、前記金属化合物は、以下の組成式で示されるものであることが好ましい。
１．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素である。
【００３２】
２．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし前記ＺはＳｉ又はＧｅである。
【００３３】
３．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。
【００３４】
本発明は、磁気検出素子の前記非磁性材料層の膜厚が１８Å以上５０Å以下であるときに特に有効である。本発明の磁気検出素子の具体的構成は、例えば、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性材料層を介して形成された前記フリー磁性層とを有するシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子である。
【００３５】
あるいは、本発明の磁気検出素子の具体的構成は、前記フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の前記非磁性材料層の下に位置する前記固定磁性層を有するデュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子である。このとき、一方の前記固定磁性層の上および他方の前記固定磁性層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの前記固定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層を有することができる。
【００３６】
本発明は、前記固定磁性層、非磁性材料層、及びフリー磁性層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子やＣＰＰ−ＴＭＲ（トンネル効果磁気抵抗効果素子）に用いると効果的である。
【００３７】
本発明の磁気検出素子のフリー磁性層と固定磁性層の材料である金属化合物は、スピン分極率が大きい金属であり、伝導電子中にアップスピン電子またはダウンスピン電子のいずれかが多く含まれるハーフメタル的な性質を有する。
【００３８】
ＣＰＰ−ＧＭＲ型やＣＰＰ−ＴＭＲ型の磁気検出素子のフリー磁性層または固定磁性層の材料としてこれらの金属化合物を用いると、外部磁界が印加される前と後におけるスピン依存バルク散乱の変化に基づいた、磁気検出素子内部の伝導電子のスピン拡散長または平均自由行程の変化量が大きくなる。すなわち、磁気検出素子の抵抗値の変化量が大きくなり、外部磁界の検出感度が向上する。
【００３９】
また、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記フリー磁性層を、前記非磁性材料層と接する第１のフリー磁性層、及び前記第１のフリー磁性層に重ねられる第２のフリー磁性層の積層体として形成し、
前記第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層を（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成し、
前記第１のフリー磁性層を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％を、前記第２のフリー磁性層を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくすることを特徴とするものである。ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【００４０】
本発明では、前記第１のフリー磁性層を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％を、前記第２のフリー磁性層を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくすることにより、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上である元素Ｚの原子％を、前記非磁性材料層に近い領域で小さくすることができる。これにより、前記フリー磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【００４１】
そして、前記フリー磁性層の前記非磁性材料層から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【００４２】
このように本発明によって製造された磁気検出素子は、高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図ることができるものである。
【００４３】
本発明では、前記第２のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２４原子％より大きく２６原子％以下にすることが好ましい。
【００４４】
また、前記第１のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にすることが好ましく、より好ましくは、前記第１のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２２原子％以下にすることである。
【００４５】
また、前記第２のフリー磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記第１のフリー磁性層の金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。
【００４６】
または、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層を、前記非磁性材料層と接する第１の固定磁性層、及び前記第１の固定磁性層に重ねられる第２の固定磁性層の積層体として形成し、
前記第１の固定磁性層及び第２の固定磁性層を（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成し、
前記第１の固定磁性層を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％を、前記第２の固定磁性層を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくすることを特徴とするものである。ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【００４７】
本発明では、前記第１の固定磁性層を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％を、前記第２の固定磁性層を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくすることにより、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上である元素Ｚの原子％を、前記非磁性材料層に近い領域で小さくすることができる。これにより、前記固定磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【００４８】
そして、前記固定磁性層の前記非磁性材料層から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【００４９】
このように本発明によって製造された磁気検出素子は、高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図ることができるものである。
【００５０】
本発明では、前記第２の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２４原子％より大きく２６原子％以下にすることが好ましい。
【００５１】
また、前記第１の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にすることが好ましく、より好ましくは、前記第１の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２２原子％以下にすることである。
【００５２】
また、前記第２の固定磁性層の前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記第１の固定磁性層の金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。
【００５３】
または、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記フリー磁性層を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、
このとき前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するように前記フリー磁性層を成膜することを特徴とするものである。なお、前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【００５４】
あるいは、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、
このとき前記非磁性材料層側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するように前記固定磁性層を成膜することを特徴とするものである。なお、前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【００５５】
前記フリー磁性層や前記固定磁性層をスパッタ工程で形成するこれらの発明によっても、前記固定磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができ、磁気検出素子の再生出力の非対称性を低減できる。
【００５６】
そして、前記固定磁性層の前記非磁性材料層から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【００５７】
前記フリー磁性層や前記固定磁性層をスパッタ工程で形成するこれらの発明でも、前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２４原子％より大きく２６原子％以下にすることがこのましい。
【００５８】
また、前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にすることが好ましく、より好ましくは、前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を２２原子％以下にすることである。
【００５９】
さらに、前記フリー磁性層又は固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％と、前記前記フリー磁性層又は固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。 
【００６０】
また、前記金属化合物は、以下の組成式で示されるものであることが好ましい。
１．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素である。
【００６１】
２．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし前記ＺはＳｉ又はＧｅである。
【００６２】
３．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。
【００６３】
本発明は、磁気検出素子の前記非磁性材料層の膜厚が１８Å以上５０Å以下であるときに特に有効である。
【００６４】
ここで、形成された磁気検出素子のフリー磁性層の膜厚内で前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の界面と平行な方向に仮想境界を設定し、前記仮想境界から前記界面までを第１の領域とし、前記仮想境界から前記界面と反対側の面までの領域を第２の領域としたとする。
【００６５】
前記フリー磁性層を前記第１のフリー磁性層と前記第２のフリー磁性層の積層体として形成すると、前記仮想境界を挟む領域で、前記第２の領域から第１の領域に向けて、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が不連続に減少することになる。
【００６６】
また、前記フリー磁性層を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸＹＺで表される金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成すると、前記仮想境界を挟む領域で、前記第２の領域から第１の領域に向けて、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が不連続または連続に減少することになる。
【発明の効果】
【００６７】
本発明では、前記フリー磁性層や前記固定磁性層を構成する前記金属化合物の構成元素のうち、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上である元素Ｚの原子％を、前記非磁性材料層に近い領域で小さくすることにより、前記フリー磁性層と前記固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【００６８】
そして、前記フリー磁性層又は前記固定磁性層の前記非磁性材料層から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【００６９】
このように本発明の磁気検出素子は、高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
図１及び図２は、本発明の実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図１及び図２ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。なお、図１は磁気検出素子の各層を成膜し熱処理を施す前の状態を示しており、図２は熱処理後の状態を示している。
【００７１】
このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００７２】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１１である。この下地層１１の上に、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性材料層１５、フリー磁性層１６、保護層１７からなる多層膜Ｔ１がスパッタ法又は蒸着法などの薄膜形成工程によって成膜されている。図１に示される磁気検出素子は、フリー磁性層１６の下に反強磁性層１３が設けられているいわゆるボトムスピンバルブ型のＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００７３】
シード層１２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。シード層１２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、シード層１２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、シード層１２をＣｒによって形成すると、シード層１２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。
【００７４】
なお、下地層１１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１１は形成されなくともよい。
【００７５】
前記シード層１２の上に形成された反強磁性層１３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００７６】
反強磁性層１３は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有するもの、または、面心正方（ｆｃｔ）構造を有するものになる。
【００７７】
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金やＩｒＭｎ合金を使用することができる。
【００７８】
また本発明では、前記反強磁性層１３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００７９】
なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。
【００８０】
侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とすることで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができる。これによって反強磁性層１３の格子定数と固定磁性層１４の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面構造を非整合状態にしやすくできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面で前記反強磁性層１３を構成する原子と前記固定磁性層１４を構成する原子とが一対一に対応しない状態である。
【００８１】
また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層１４との界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることができる。
【００８２】
なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入させるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、飛躍的に大きくできる。
【００８３】
なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、原子％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、原子％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
【００８４】
また本発明では、反強磁性層１３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層１４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層１３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００８５】
固定磁性層１４は、第１固定磁性層１４ａ、非磁性中間層１４ｂ、第２固定磁性層１４ｃからなる多層膜構造である。前記反強磁性層１３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層１４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層１４ａと第２固定磁性層１４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層１４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層１４と反強磁性層１３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００８６】
ただし前記固定磁性層１４は第２固定磁性層１４ｃのみから構成され人工フェリ磁性結合状態になっていない状態でもよい。
【００８７】
なお前記第１固定磁性層１４ａは例えば１５〜３５Å程度で形成され、非磁性中間層１４ｂは８Å〜１０Å程度で形成され、第２固定磁性層１４ｃは２０〜５０Å程度で形成される。
【００８８】
第１固定磁性層１４ａはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層１４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００８９】
第２固定磁性層１４ｃは、非磁性材料層１５に接する第１層１４ｃ１（第１の固定磁性層）と第２層１４ｃ２（第２の固定磁性層）の２層構造として成膜される。第２固定磁性層１４ｃは本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分であるので後に詳しく説明する。
【００９０】
前記固定磁性層１４の上に形成された非磁性材料層１５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成された非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【００９１】
さらにフリー磁性層１６が形成されている。フリー磁性層１６も非磁性材料層１５に接する第１層１６ａ（第１のフリー磁性層）と第２層１６ｂ（第２のフリー磁性層）の２層構造として成膜される。フリー磁性層１６は本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分であるので後に詳しく説明する。
【００９２】
図１に示す実施形態では、フリー磁性層１６の両側にハードバイアス層１８，１８が形成されている。前記ハードバイアス層１８，１８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。ハードバイアス層１８，１８は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されている。
【００９３】
ハードバイアス層１８，１８の上下及び端部は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００９４】
多層膜Ｔ１の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ１を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００９５】
電極層２０，２０はα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【００９６】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固定磁性層１４は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層１４ａが例えば図示Ｙ方向に磁化されると、第２固定磁性層１４ｃ及び磁性層２３は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【００９７】
図１に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００９８】
本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分について述べる。
図１に示される状態の磁気検出素子では、第２固定磁性層１４ｃを、非磁性材料層１５と接する第１層１４ｃ１（第１の固定磁性層）、及び第１層１４ｃ１に重ねられる第２層１４ｃ２（第２の固定磁性層）の積層体として成膜している。第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１及び第２層１ｃ２は（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成され、第１層１４ｃ１を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％は、第２層１４ｃ２を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくなっている。
【００９９】
また、フリー磁性層１６を、非磁性材料層１５と接する第１層１６ａ（第１のフリー磁性層）、及び第１層１６ａに重ねられる第２層１６ｂ（第２のフリー磁性層）の積層体として成膜している。フリー磁性層１６の第１層１６ａ及び第２層１６ｂも（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成され、第１層１６ａを形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％は、第２層１６ｂを形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくなっている。
【０１００】
なお、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）の、ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【０１０１】
すなわち、本実施の形態の磁気検出素子では、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部において、元素Ｚの原子％を非磁性材料層１５に近い領域で小さくすることができる。これにより、元素Ｚの原子％の非磁性材料層１５への拡散を抑制し、フリー磁性層１６と固定磁性層１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【０１０２】
そして、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部の非磁性材料層１５から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【０１０３】
第２固定磁性層１４ｃの第２層１４ｃ２及びフリー磁性層１６の第２層１６ｂ中の元素Ｚの原子％は２４原子％より大きく２６原子％以下にすることが好ましい。元素Ｚの原子％が２４原子％より大きく２６原子％以下であると、前記金属化合物がＬ２１型の結晶構造を取りやすくなり、第２固定磁性層１４ｃの第２層１４ｃ２及びフリー磁性層１６のスピン依存性バルク散乱係数βが高くなる。すなわち、第２固定磁性層１４ｃの第２層１４ｃ２及びフリー磁性層１６の伝導電子のスピン依存性が高くなり、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くすることができる。
【０１０４】
また、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくするために、フリー磁性層１６の第１層１６ａ及び第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にすることが好ましい。フリー磁性層１６の第１層１６ａ及び第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素Ｚの原子％のより好ましい範囲は２２原子％以下である。
【０１０５】
さらに、磁気検出素子の高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図るために、フリー磁性層１６の第１層１６ａ中の元素Ｚの原子％と第２層１６ｂ中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。また、第２の固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素Ｚの原子％と第２層１４ｃ２の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。
【０１０６】
なお、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６を形成する金属化合物は、以下の組成式で示されるものであることが好ましい。
【０１０７】
１．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素である。
【０１０８】
２．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし前記ＺはＳｉ又はＧｅである。
【０１０９】
３．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。
【０１１０】
また、フリー磁性層１６の第１層１６ａの膜厚は２Å以上１５Å以下であることが好ましく、第２層１６ｂの膜厚は３０Å以上８０Å以下であることが好ましく、第２固定磁性層１４ｃ１の第１層１４ｃ１の膜厚は２Å以上１５Å以下であることが好ましく、第２層１４ｃ２の膜厚は２０Å以上５０Å以下であることが好ましい。また、非磁性材料層１５の膜厚は１８Å以上５０Å以下であることが好ましい。
【０１１１】
また、上述したように、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。熱処理後の磁気検出素子の状態を示す断面図を図２に示す。この熱処理によってフリー磁性層１６と固定磁性層１４を形成している前記金属化合物も規則化し、同時に、フリー磁性層１６の第１層１６ａ中の元素と第２層１６ｂ中の元素が相互に拡散し、第２の固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素と第２層１４ｃ２の元素も相互に拡散する。
【０１１２】
ただし、フリー磁性層１６の第１層１６ａ中の元素と第２層１６ｂの元素が完全に拡散して均一の組成になるわけではない。同様に、第２の固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素と第２層１４ｃ２の元素も完全に均一の組成にはならない。
【０１１３】
図１においてフリー磁性層１６の第１層１６ａと第２層１６ｂの界面だったところを仮想境界Ａとする。この仮想境界はフリー磁性層１６と非磁性材料層１５の界面と平行な面である。このとき、仮想境界Ａからフリー磁性層１６と非磁性材料層１５の界面までを第１の領域１６ｃとし、仮想境界Ａからフリー磁性層１６の上面１６ｅ（フリー磁性層１６と非磁性材料層１５の界面と反対側の面）までの領域を第２の領域１６ｄとしたときに、仮想境界Ａを挟む領域で、第２の領域１６ｄから第１の領域１６ｃに向けて、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する。
【０１１４】
フリー磁性層１６の第１層１６ａ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１６ｂ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が大きいときには、第２の領域１６ｄから第１の領域１６ｃに向けて元素Ｚの原子％は不連続に減少する。一方、フリー磁性層１６の第１層１６ａ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１６ｂ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が小さいときには、第２の領域１６ｄから第１の領域１６ｃに向けて元素Ｚの原子％は連続的に減少する。
【０１１５】
また、図１において第２固定磁性層１４の第１層１４ｃ１と第２層１４ｃ２の界面だったところを仮想境界Ｂとする。この仮想境界Ｂは第２固定磁性層１４と非磁性材料層１５の界面と平行な面である。このとき、仮想境界Ｂから第２固定磁性層１４と非磁性材料層１５の界面までを第１の領域１４ｃ３とし、仮想境界Ｂから第２固定磁性層１４の下面１４ｄ（第２固定磁性層１４と非磁性材料層１５の界面と反対側の面）までの領域を第２の領域１４ｃ４としたときに、仮想境界Ｂを挟む領域で、第２の領域１４ｃ４から第１の領域１４ｃ３に向けて、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する。
【０１１６】
第２固定磁性層１４の第１層１４ｃ１中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１４ｃ２中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が大きいときには、第２の領域１４ｃ４から第１の領域１４ｃ３に向けて元素Ｚの原子％は不連続に減少する。一方、第２固定磁性層１４の第１層１４ｃ１中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１４ｃ２中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が小さいときには、第２の領域１４ｃ４から第１の領域１４ｃ３に向けて元素Ｚの原子％は連続的に減少する。
【０１１７】
上述した実施の形態では、フリー磁性層１６を第１層１６ａ及び第２層１６ｂの２層構造、第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１及び第２層１４ｃ２の２層構造として成膜した後、熱処理を施して磁気検出素子を形成した。
【０１１８】
ただし、フリー磁性層１６を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される前記金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、このとき非磁性材料層１５側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するようにフリー磁性層１６を成膜してもよい。すなわち、フリー磁性層１６の上面１６ｅに向かうにしたがって前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を増加させる。また、第２固定磁性層１４ｃを、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される前記金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、このとき非磁性材料層１５側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するように第２固定磁性層１４ｃを成膜してもよい。
【０１１９】
図２に示される磁気検出素子では、フリー磁性層１６の中心１６ｆ及び第２固定磁性層１４ｃの中心１４ｅ近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％は２４原子％より大きく２６原子％以下であることが好ましい。
【０１２０】
金属化合物中の元素Ｚの原子％が２４原子％より大きく２６原子％以下であると、金属化合物がＬ２１型の結晶構造を取りやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存性バルク散乱係数βが高くなる。すなわち、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃを流れる伝導電子のスピン依存性が高くなり、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くすることができる。
【０１２１】
また、フリー磁性層１６と第２固定磁性層１４ｃ間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくするために、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃの非磁性材料層との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％は１９原子％以上２４原子％以下であることが好ましい。フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃの非磁性材料層との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％のより好ましい範囲は２２原子％以下である。
【０１２２】
さらに、磁気検出素子の高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図るために、フリー磁性層１６の中心１６ｆ近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％とフリー磁性層１６と非磁性材料層との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃの中心１４ｅ近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％と第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。
【０１２３】
図３は本発明におけるデュアルスピンバルブ型磁気検出素子の構造を示す部分断面図である。
【０１２４】
図３に示すように、下から下地層１１、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性材料層１５、およびフリー磁性層１６が連続して積層されている。さらにフリー磁性層１６の上には、非磁性材料層１５、固定磁性層１４、反強磁性層１３、および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ２が形成されている。
【０１２５】
また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【０１２６】
多層膜Ｔ２の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ１を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【０１２７】
なお、図３において、図１と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固定磁性層１４は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層１４ａが例えば図示Ｙ方向に磁化されると、第２固定磁性層１４ｃ及び磁性層２３は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【０１２８】
図３に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１２９】
本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分について述べる。
図３に示される状態の磁気検出素子では、第２固定磁性層１４ｃを、非磁性材料層１５と接する第１層１４ｃ１（第１の固定磁性層）、及び第１層１４ｃ１に重ねられる第２層１４ｃ２（第２の固定磁性層）の積層体として成膜している。第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１及び第２層１４ｃ２は（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成され、第１層１４ｃ１を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％は、第２層１４ｃ２を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくなっている。
【０１３０】
また、フリー磁性層１６を、下側の非磁性材料層１５と接する第１層１６ａ（第１のフリー磁性層）、及び第１層１６ａに重ねられる第２層１６ｂ（第２のフリー磁性層）、上側の非磁性材料層１５と接する第３層１６ｌ（第１のフリー磁性層）の積層体として成膜している。フリー磁性層１６の第１層１６ａ、第２層１６ｂ及び第３層１６ｌも（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成され、第１層１６ａ，第３層１６ｌを形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％は、第２層１６ｂを形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくなっている。
【０１３１】
なお、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）の、ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【０１３２】
すなわち、本実施の形態の磁気検出素子では、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部において、元素Ｚの原子％を非磁性材料層１５に近い領域で小さくすることができる。これにより、元素Ｚの原子％の非磁性材料層１５への拡散を抑制し、フリー磁性層１６と固定磁性層１４，１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【０１３３】
そして、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部の非磁性材料層１５から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【０１３４】
第２固定磁性層１４ｃの第２層１４ｃ２及びフリー磁性層１６の第２層１６ｂ中の元素Ｚの原子％は２４原子％より大きく２６原子％以下にすることが好ましい。元素Ｚの原子％が２４原子％より大きく２６原子％以下であると、前記金属化合物がＬ２１型の結晶構造を取りやすくなり、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６のスピン依存性バルク散乱係数βが高くなる。すなわち、第２固定磁性層１４ｃの第２層１４ｃ２及びフリー磁性層１６の第２層１６ｂの伝導電子のスピン依存性が高くなり、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くすることができる。
【０１３５】
また、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくするために、フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌ及び第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素Ｚの原子％を１９原子％以上２４原子％以下にすることが好ましい。フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌ及び第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素Ｚの原子％のより好ましい範囲は２２原子％以下である。
【０１３６】
さらに、磁気検出素子の高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図るために、フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌ中の元素Ｚの原子％と第２層１６ｂ中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。また、第２の固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素Ｚの原子％と第２層１４ｃ２の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。
【０１３７】
なお、第２固定磁性層１４ｃ１及びフリー磁性層１６を形成する金属化合物は、以下の組成式で示されるものであることが好ましい。
【０１３８】
１．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素である。
【０１３９】
２．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。ただし前記ＺはＳｉ又はＧｅである。
【０１４０】
３．組成式が（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）で表される金属化合物。
【０１４１】
また、フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌの膜厚は２Å以上１５Å以下であることが好ましく、第２層１６ｂの膜厚は３０Å以上８０Å以下であることが好ましく、第２固定磁性層１４ｃ１の第１層１４ｃ１の膜厚は２Å以上１５Å以下であることが好ましく、第２層１４ｃ２の膜厚は２０Å以上５０Å以下であることが好ましい。また、非磁性材料層１５の膜厚は１８Å以上５０Å以下であることが好ましい。
【０１４２】
また、上述したように、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。熱処理後の磁気検出素子の状態を示す断面図を図４に示す。この熱処理によってフリー磁性層１６と固定磁性層１４を形成する金属化合物も規則化し、同時に、フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌ中の元素と第２層１６ｂ中の元素が相互に拡散し、第２の固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素と第２層１４ｃ２の元素も相互に拡散する。
【０１４３】
ただし、フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌ中の元素と第２層１６ｂの元素が完全に拡散して均一の組成になるわけではない。同様に、第２の固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１中の元素と第２層１４ｃ２の元素も完全に均一の組成にはならない。
【０１４４】
図３においてフリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌと第２層１６ｂの界面だったところを仮想境界Ａとする。この仮想境界はフリー磁性層１６と非磁性材料層１５の界面と平行な面である。このとき、下側の仮想境界Ａからフリー磁性層１６と下側の非磁性材料層１５の界面までを第１の領域１６ｇとし、下側の仮想境界Ａから上側の仮想境界Ａまでの領域を第２の領域１６ｈとし、上側の仮想境界Ａからフリー磁性層１６と上側の非磁性材料層１５の界面までを第３の領域１６ｉとする。すると、下側の仮想境界Ａを挟む領域で、第２の領域１６ｈから第１の領域１６ｇに向けて、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する。また、上側の仮想境界Ａを挟む領域で、第２の領域１６ｈから第３の領域１６ｉに向けて、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する。
【０１４５】
フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１６ｂ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が大きいときには、第２の領域１６ｈから第１の領域１６ｇに向けて元素Ｚの原子％は不連続に減少し、第２の領域１６ｈから第３の領域１６ｉに向けて元素Ｚの原子％は不連続に減少する。一方、フリー磁性層１６の第１層１６ａ，第３層１６ｌ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１６ｂ中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が小さいときには、第２の領域１６ｈから第１の領域１６ｇに向けて元素Ｚの原子％は連続的に減少し、第２の領域１６ｈから第３の領域１６ｉに向けて元素Ｚの原子％は連続的に減少する。
【０１４６】
また、図３において第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１と第２層１４ｃ２の界面だったところを仮想境界Ｂとする。この仮想境界Ｂは第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面と平行な面である。このとき、仮想境界Ｂから第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面までを第１の領域１４ｃ３とし、仮想境界Ｂから第２固定磁性層１４ｃと非磁性中間層１４ｂの界面（第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面と反対側の面）までの領域を第２の領域１４ｃ４としたときに、仮想境界Ｂを挟む領域で、第２の領域１４ｃ４から第１の領域１４ｃ３に向けて、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する。
【０１４７】
第２固定磁性層１４の第１層１４ｃ１中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１４ｃ２中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が大きいときには、第２の領域１４ｃ４から第１の領域１４ｃ３に向けて元素Ｚの原子％は不連続に減少する。一方、第２固定磁性層１４の第１層１４ｃ１中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値と、第２層１４ｃ２中の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の値の差が小さいときには、第２の領域１４ｃ４から第１の領域１４ｃ３に向けて元素Ｚの原子％は連続的に減少する。
【０１４８】
上述した実施の形態では、フリー磁性層１６を第１層１６ａ，第３層１６ｌ及び第２層１６ｂの３層構造、第２固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１及び第２層１４ｃ２の２層構造として成膜した後、熱処理を施して磁気検出素子を形成した。
【０１４９】
ただし、フリー磁性層１６を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される前記金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、このとき非磁性材料層１５側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するようにフリー磁性層１６を成膜してもよい。すなわち、フリー磁性層１６の中心部に向かうにしたがって前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を増加させ、フリー磁性層１６の上面に向かうにしたがって前記金属化合物中の元素Ｚの原子％を減少させる。
【０１５０】
また、第２固定磁性層１４ｃを、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される前記金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、このとき非磁性材料層１５側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するように第２固定磁性層１４ｃを成膜してもよい。
【０１５１】
図４に示される磁気検出素子では、フリー磁性層１６の中心１６ｆ及び第２固定磁性層１４ｃの中心１４ｅ近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％は２４原子％より大きく２６原子％以下であることが好ましい。
【０１５２】
金属化合物中の元素Ｚの原子％が２４原子％より大きく２６原子％以下であると、金属化合物がＬ２１型の結晶構造を取りやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存性バルク散乱係数βが高くなる。すなわち、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃを流れる伝導電子のスピン依存性が高くなり、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高くすることができる。
【０１５３】
また、フリー磁性層１６と第２固定磁性層１４ｃ間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくするために、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃの非磁性材料層１５との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％は１９原子％以上２４原子％以下であることが好ましい。フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃの非磁性材料層１５との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％のより好ましい範囲は２２原子％以下である。
【０１５４】
さらに、磁気検出素子の高再生出力と再生波形の非対称性（アシンメトリー）の低減の両立を図るために、フリー磁性層１６の中心１６ｆ近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％とフリー磁性層１６と非磁性材料層１５との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃの中心１４ｅ近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％と第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５との界面近傍における金属化合物中の元素Ｚの原子％の差を３原子％以上にすることが好ましい。
【０１５５】
図５は本発明におけるトップスピンバルブ型磁気検出素子の構造を示す部分断面図である。
【０１５６】
図５に示すように、下から下地層１１、シード層１２、フリー磁性層１６、非磁性材料層１５、固定磁性層１４、反強磁性層１３および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ５が形成されている。
【０１５７】
また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【０１５８】
多層膜Ｔ５の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ５を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【０１５９】
なお、図５において、図１と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
図５に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図５に示す実施形態では前記固定磁性層１４は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層１４ａが例えば図示Ｙ方向に磁化されると、第２固定磁性層１４ｃ及び磁性層２３は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【０１６０】
図５に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１６１】
図５に示される状態の磁気検出素子も、固定磁性層１４ｃの第１層１４ｃ１及び第２層１４ｃ２は（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成され、第１層１４ｃ１を形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％は、第２層１４ｃ２を形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくなっている。
【０１６２】
また、フリー磁性層１６の第１層１６ａ及び第２層１６ｂも（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）ＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物によって形成され、第１層１６ａを形成する金属化合物中の元素Ｚの原子％は、第２層１６ｂを形成する金属化合物中の原子Ｚの原子％より小さくなっている。
【０１６３】
なお、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）の、ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
【０１６４】
すなわち、本実施の形態の磁気検出素子では、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部において、元素Ｚの原子％を非磁性材料層１５に近い領域で小さくすることができる。これにより、元素Ｚの原子％の非磁性材料層１５への拡散を抑制し、フリー磁性層１６と固定磁性層１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる。
【０１６５】
そして、第２固定磁性層１４ｃ及びフリー磁性層１６内部の非磁性材料層１５から離れた領域で、前記元素Ｚの原子％を大きくしてスピン依存性バルク散乱係数βを高くし、磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持することができる。
【０１６６】
また、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。熱処理後の磁気検出素子の状態を示す断面図を図６に示す。
【０１６７】
図５においてフリー磁性層１６の第１層１６ａと第２層１６ｂの界面だったところを仮想境界Ａとする。この仮想境界はフリー磁性層１６と非磁性材料層１５の界面と平行な面である。このとき、仮想境界Ａからフリー磁性層１６と非磁性材料層１５の界面までを第１の領域１６ｃとし、仮想境界Ａからフリー磁性層１６の下面（フリー磁性層１６と非磁性材料層１５の界面と反対側の面）までの領域を第２の領域１６ｄとしたときに、仮想境界Ａを挟む領域で、第２の領域１６ｄから第１の領域１６ｃに向けて、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する。
【０１６８】
また、図５において第２固定磁性層１４の第１層１４ｃ１と第２層１４ｃ２の界面だったところを仮想境界Ｂとする。この仮想境界Ｂは第２固定磁性層１４と非磁性材料層１５の界面と平行な面である。このとき、仮想境界Ｂから第２固定磁性層１４と非磁性材料層１５の界面までを第１の領域１４ｃ３とし、仮想境界Ｂから第２固定磁性層１４の上面（第２固定磁性層１４と非磁性材料層１５の界面と反対側の面）までの領域を第２の領域１４ｃ４としたときに、仮想境界Ｂを挟む領域で、第２の領域１４ｃ４から第１の領域１４ｃ３に向けて、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％が連続的にあるいは不連続に減少する。
【０１６９】
また、フリー磁性層１６を、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される前記金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、このとき非磁性材料層１５側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するようにフリー磁性層１６を成膜してもよい。或は、第２固定磁性層１４ｃを、（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される前記金属化合物をターゲットとしたスパッタ工程によって形成し、このとき非磁性材料層１５側に向かうにしたがって、前記金属化合物中の元素Ｚの原子％が減少するように第２固定磁性層１４ｃを成膜してもよい。
【０１７０】
フリー磁性層１６、第２固定磁性層１４ｃ１内部の金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％の好ましい値は、図１、図２に示された実施の形態の磁気検出素子と同様である。また、フリー磁性層１６、第２固定磁性層１４ｃ１内部の各層、各領域の膜厚の好ましい値も図１、図２に示された実施の形態の磁気検出素子と同様である。
【０１７１】
図１ないし図６に示された実施の形態の磁気検出素子は、全てのフリー磁性層１６及び第２固定磁性層１４ｃ１において、金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）中の元素Ｚの原子％を変調させている。しかし、本発明では、磁気検出素子を構成するフリー磁性層と固定磁性層のうち、少なくともひとつが前記金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）によって形成され、この金属化合物中の元素Ｚの原子％が非磁性材料層側で小さくなっていればよい。フリー磁性層や固定磁性層がそれぞれ複数層存在する時も、少なくともひとつの層が前記金属化合物（Ｘ０．６７Ｙ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）またはＸｄＹｅＺｆ（ｄ，ｅ，ｆは原子％であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）によって形成され、この金属化合物中の元素Ｚの原子％が非磁性材料層側で小さくなっていればよい。
【実施例１】
【０１７２】
以下に示す積層構造を有するデュアルスピンバルブ型磁気検出素子を成膜し、フリー磁性層の材料である（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅの原子％変化させたときのフリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎ及び磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを測定した。
【０１７３】
基板／下地層Ｔａ（３０Å）／シード層ＮｉＦｅＣｒ（５０Å）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／第１固定磁性層Ｃｏ７０Ｆｅ３０／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／Ｃｏ２ＭｎＧｅ合金層（４０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／フリー磁性層（（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）（８０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ２ＭｎＧｅ合金層（４０Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第１固定磁性層Ｃｏ６０Ｆｅ４０）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／保護層Ｔａ（２００Å）
【０１７４】
結果を図７のグラフに示す。図７からフリー磁性層の（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅが増加するにつれて磁気検出素子のΔＲＡは増加し、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎも増加することが分かる。
【０１７５】
（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅが２５原子％付近であると（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金はＬ２１型のホイスラー型結晶構造が支配的となる。このため、（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅの含有量が２４原子％から２６原子％のとき、磁気検出素子のΔＲＡが最大になる。
【０１７６】
また、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎは、（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅの含有量が２４原子％以下になると急激に減少する。
【０１７７】
これらの結果から、フリー磁性層の界面付近において、（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅの含有量を２４原子％以下にし、フリー磁性層の中心部付近で（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅの含有量を２４原子％より大きく２６原子％にすると、磁気検出素子のΔＲＡを大きく維持しつつ、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎを低減することができることが示された。
【０１７８】
したがって、フリー磁性層の中心近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％は２５原子％から２６原子％の範囲であることが好ましく、フリー磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％は１９原子％以上２４原子％以下であることが好ましい。
【０１７９】
次に、Ｇｅを２５原子％含有するＣｏ２ＭｎＧｅ合金層（中央層）の上下に、Ｇｅを１９原子％から２４原子％の範囲で含む（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金層（上層、下層）を積層した３層構造のフリー磁性層を有する磁気検出素子を形成した。つまり、フリー磁性層の中心部でＣｏ２ＭｎＧｅ合金中のＧｅを２５原子％付近にして、磁気検出素子のΔＲＡを大きくし、同時に、フリー磁性層と非磁性材料層の界面付近では（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＧｅを１９原子％から２４原子％付近にしてフリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎを低減させる試みを行なった。
【０１８０】
実験に用いた磁気検出素子の膜構成を以下に示す。基板／下地層Ｔａ（３０Å）／シード層ＮｉＦｅＣｒ（５０Å）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／第１固定磁性層Ｃｏ７０Ｆｅ３０／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／Ｃｏ２ＭｎＧｅ合金層（４０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／フリー磁性層（下層（（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％、１９原子％≦ｂ≦２４原子％）（１０Å））／中央層（（Ｃｏ２ＭｎＧｅ）（６０Å））／上層（（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％、１９原子％≦ｂ≦２４原子％）（１０Å）））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ２ＭｎＧｅ合金層（４０Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第１固定磁性層Ｃｏ６０Ｆｅ４０）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／保護層Ｔａ（２００Å）
【０１８１】
結果を図８のグラフに示す。グラフの横軸は、フリー磁性層の中央層のＣｏ２ＭｎＧｅ合金のＧｅ含有量（２５原子％）と上層及び下層の（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＧｅｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％、１９原子％≦ｂ≦２４原子％）のＧｅ含有量の差を示している。なお、フリー磁性層の上層と下層のＣｏ−Ｍｎ−Ｇｅ合金のＧｅ含有量は等しい。
【０１８２】
図８のグラフから、フリー磁性層の中央層と上層、下層とのＧｅ含有量の差が３原子％以上になると、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎが急激に減少し１２００Ａ／ｍ以下になることがわかる。一方、磁気検出素子のΔＲＡは、フリー磁性層の中央層と上層、下層とのＧｅ含有量の差を１原子％から６原子％まで増加させても変化しない。
【０１８３】
これらの結果から、本発明では、フリー磁性層の中心近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％と、前記フリー磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％の差が３原子％以上あることが好ましいとした。
【０１８４】
さらに、フリー磁性層の中心近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％は２５原子％から２６原子％の範囲であることが好ましく、フリー磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％は１９原子％以上２２原子％以下であることが好ましいこともわかる。
【０１８５】
上述した実施例はフリー磁性層の中心部でＣｏ２ＭｎＧｅ合金中のＧｅを２５原子％付近にして、磁気検出素子のΔＲＡを大きくし、同時に、フリー磁性層と非磁性材料層の界面付近ではＣｏ２ＭｎＧｅ合金中のＧｅを１９原子％から２４原子％付近にしてフリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎを低減させたものである。
【０１８６】
同様に、固定磁性層に組成変調を起こさせて、磁気検出素子のΔＲＡを高くしたまま、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎを低減させるためには、固定磁性層の中心部で（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＺを２５原子％から２６原子％の範囲にし、固定磁性層と非磁性材料層の界面付近では（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＺを１９原子％から２４原子％の範囲にすればよい。また、固定磁性層と非磁性材料層の界面付近で（Ｃｏ０．６７Ｍｎ０．３３）ａＺｂ（ａ，ｂは原子％であり、ａ＋ｂ＝１００原子％）合金中のＺを１９原子％から２２原子％の範囲にすることがより好ましい。
【０１８７】
また、固定磁性層の中心近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％と、前記固定磁性層の前記非磁性材料層との界面近傍における前記金属化合物Ｃｏ−Ｍｎ−Ｚ中の元素Ｚの原子％の差が３原子％以上あることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図５】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図７】デュアルスピンバルブ型磁気検出素子を成膜し、フリー磁性層及び固定磁性層の材料中のＧｅの原子％変化させたときのフリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎ及び磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを測定した結果を示すグラフ、
【図８】Ｇｅを２５原子％含有するＣｏ２ＭｎＧｅ合金層（中央層）の上下に、Ｇｅを１９原子％から２４原子％の範囲で含むＣｏ−Ｍｎ−Ｇｅ合金層（上層、下層）を積層した３層構造のフリー磁性層を有する磁気検出素子を形成し、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎ及び磁気検出素子の磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを測定した結果を示すグラフ、
【図９】従来の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１０】図９に示された磁気検出素子の拡大部分断面図、
【符号の説明】
【０１８９】
１１  下地層
１２  シード層
１３  反強磁性層
１４  固定磁性層
１５  非磁性材料層
１６  フリー磁性層
１７  保護層
１８  ハードバイアス層
１９  絶縁層
２０  電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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